單相半控橋式晶閘管整流電路設(shè)計(jì)課程論文

《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書單相半控橋式晶閘管整流電路設(shè)計(jì)院、部：電氣及信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱專業(yè)：自動化班級：完成時(shí)間：2013年5月23日一、工作原理1.1單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（無續(xù)流二極管）

圖1-1阻感性負(fù)載（無續(xù)流二極管）的主電路假設(shè)負(fù)載電流因電感足夠大而平直，當(dāng)電源u2正半波，在=時(shí)觸發(fā),VT1后VT1、VT2導(dǎo)通，電流通路為A-VT1-L-R-VT2-B,電流由電源提供；當(dāng)=后，電源電壓u2經(jīng)零變負(fù)，但由于電感電勢的作用，電流仍將繼續(xù)，電感通過R-VD1-VT1回路放電。在=處，二極管VD2電流給VD1，電流iVD2及i2終止，在=～（+）區(qū)間電流由電感釋放電能提供。當(dāng)=（+）時(shí)觸發(fā)VT2導(dǎo)通，由于VT2的導(dǎo)通才能使VT1承受反壓而關(guān)斷，其后的工作過程與前半周類似。由此可見，VT1觸發(fā)導(dǎo)通后，需VT2的觸發(fā)導(dǎo)通才能關(guān)斷。因此流過晶閘管的電流在一個(gè)周期內(nèi)各占一半，其換流時(shí)刻由門極觸發(fā)脈沖決定；而二極管VD1、VD2的導(dǎo)通與關(guān)斷僅由電源電壓的正負(fù)半波決定，在=n(n為正整數(shù))處換流，所以單相半控橋式整流電路電感負(fù)載時(shí)各元件導(dǎo)通角均為1800，電源在區(qū)間內(nèi)停止對負(fù)載供電。半控橋式整流電路中的整流二極管VD1、VD2本身兼有續(xù)流二極管的作用，因此電路中不需另加續(xù)流二極管。但如果在工作中出現(xiàn)異常，比如VT2的觸發(fā)脈沖消失，則VT1由于電感續(xù)流作用將不能關(guān)斷，等到下一個(gè)正半波到來時(shí)，VT1無需觸發(fā)仍繼續(xù)導(dǎo)通，結(jié)果是：一只晶閘管與兩只二極管之間輪流導(dǎo)電，其輸出電壓失去控制，這種情況稱之為“失控”。失控時(shí)的的輸出電壓相當(dāng)于單相半波不可控整流時(shí)的電壓波形。在失控情況下工作的晶閘管由于連續(xù)導(dǎo)通很容易因過載而損壞。因?yàn)榘雽?dǎo)體本身具有續(xù)流作用，半控電路只能將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，而直流電能不能返回到交流電能中去，即能量只能單方向傳遞。同理，帶續(xù)流二極管的全控電路能量也只能單方向傳遞。圖1-2主電路典型的實(shí)際輸出波形圖1-3主電路典型的理論輸出波形1.2驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)晶閘管門極觸發(fā)信號由觸發(fā)電路提供，由于晶閘管電路種類很多，如整流、逆變、交流調(diào)壓、變頻等；所帶負(fù)載的性質(zhì)也不相同，如電阻性負(fù)載、電阻—電感性負(fù)載、反電勢負(fù)載等。盡管不同情況對觸發(fā)電路的要求也不同，但是其基本的要求卻是相同的，具體如下（a）觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率這些指標(biāo)在產(chǎn)品樣本中均已標(biāo)明，由于晶閘管元件門極參數(shù)分散性大，且觸發(fā)電壓、電流手溫度影響會發(fā)生變化。例如元件溫度為1000C時(shí)觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時(shí)低2—3倍；元件溫度為-400C時(shí)觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時(shí)高2—3倍；為了使元件在各種工作條件下都能可靠的觸發(fā)，可參考元件出廠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄，設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并留有一定的裕量。一般可取兩倍左右的觸發(fā)電流裕量，而觸發(fā)電壓按觸發(fā)電流的大小來決定，但是應(yīng)注意不要超過晶閘管門極允許的峰值功率和平均功率極限值。（b）觸發(fā)脈沖信號應(yīng)有一定的寬度普通晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間一般為6us，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)有6us以上，對于電感性負(fù)載，由于電感會抑制電流的上升，觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)該更大些，通常為0.5ms—1ms，否則在脈沖終止時(shí)主電路電流還未上升到晶閘管的擎住電流時(shí)，此時(shí)將使晶閘管無法導(dǎo)通而重新恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)。單結(jié)晶體管原理單結(jié)晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有PN結(jié)和兩個(gè)電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個(gè)基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個(gè)P區(qū)作為發(fā)射極e。其符號和等效電如下圖1.3所示。圖1-3電路典型的單結(jié)晶體管的符號和等效電路圖從圖1—3可以看出，兩基極b1和b2之間的電阻稱為基極電阻。Rbb=rb1+rb2式中：Rb1——第一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值與ie無關(guān)；發(fā)射結(jié)是PN結(jié)，與二極管等效。若在兩面三刀基極b2，b1間加上正電壓Vbb，則A點(diǎn)電壓為：VA=[rb1/（rb1+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=ηVbb式中：η——稱為分壓比，其值一般在0.3—0.85之間，如果發(fā)射極電壓VE由零逐漸增加，就可測得單結(jié)晶體管的伏安特性，見圖1.4圖1-4單結(jié)晶體管的伏安特性（1）當(dāng)Ve〈ηVbb時(shí)，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流Iceo。（2）當(dāng)Ve≥ηVbb+VDVD為二極管正向壓降（約為0.7V），PN結(jié)正向?qū)?，Ie顯著增加，rb1阻值迅速減小，Ve相應(yīng)下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負(fù)阻特性。管子由截止區(qū)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)的臨界P稱為峰點(diǎn)，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點(diǎn)電壓Ip和峰點(diǎn)電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流，顯然Vp=ηVbb。（3）隨著發(fā)射極電流Ie的不斷上升，Ve不斷下降，降到V點(diǎn)后，Ve不再下降了，這點(diǎn)V稱為谷點(diǎn)，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點(diǎn)電壓Vv和谷點(diǎn)電流Iv。（4）過了V后，發(fā)射極與第一基極間半導(dǎo)體內(nèi)的載流子達(dá)到了飽和狀態(tài)，所以uc繼續(xù)增加時(shí)，ie便緩慢的上升，顯然Vv是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓，如果Ve〈Vv，管子重新截止。單結(jié)晶體管的主要參數(shù)（1）基極間電阻Rbb發(fā)射極開路時(shí)，基極b1，b2之間的電阻，一般為2-10千歐，其數(shù)值隨溫度的上升而增大。（2）分壓比η由管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的參數(shù)，一般為0.3--0.85。（3）eb1間反向電壓Vcb1b2開路，在額定反向電壓Vcb2下，基極b1與發(fā)射極e之間的反向耐壓。（4）反向電流Ieob1開路，在額定反向電壓Vcb2下，eb2間的反向電流。（5）發(fā)射極飽和壓降Veo在最大發(fā)射極額定電流時(shí)，eb1間的壓降。（6）峰點(diǎn)電流Ip單結(jié)晶體管剛導(dǎo)通時(shí)，發(fā)射極電壓為峰點(diǎn)電壓時(shí)的發(fā)射極電流。二、基本電量計(jì)算2.1通過變壓器副邊繞組的電流有效值I22.2流過晶閘管和整流管的電流平均值和有效值分別為三、參數(shù)計(jì)算3.1單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（無續(xù)流二極管）1）電源電壓：交流100V/50Hz；2）輸出功率：500W；3）移相范圍：0°～180°。輸出電壓平均值：U=0.9U2輸出電流平均值：=Ud/R流過晶閘管電流有效值I=/波形系數(shù)：K=I/=/2交流側(cè)相電流的有效值:I=·I令0時(shí)，U2=100V，P出=500W。Ud=0.9U2(1+)/2=90V，P出=Ud2/R,得R=16.2，取R=20。Id=P出/Ud=5.56A，Kf=IVT/Id=/2=0.707，晶閘管的額定電流為：IT=KfId/1.57=2.5A,取2倍電流安全儲備，并考慮晶閘管元件額定電流系列取5A。晶閘管元件額定電壓U2=100=141.4V，取2～3倍電壓安全儲備，并考慮晶閘管額定電壓系列取300V。所以選擇晶閘管和二極管的額定電壓為300V,額定電流為5A的，電感取無窮大，L=150H，R=20。四、仿真電路及仿真結(jié)果4.1阻感負(fù)載（無續(xù)流二極管）仿真電路圖：阻感負(fù)載（無續(xù)流二極管）利用MATLAB仿真電路圖如下圖所示：圖4-1仿真電路圖本仿真圖利用MATLAB中的simulink命令畫出并仿真，仿真結(jié)果如下頁圖4-2.4.2阻感負(fù)載（無續(xù)流二極管）仿真結(jié)果波形圖阻感負(fù)載（無續(xù)流二極管）利用MATLAB仿真結(jié)果波形圖如下圖所示：圖4-2仿真結(jié)果波形圖從波形圖可以看出本設(shè)計(jì)中的電路圖是符合單相半控橋式晶閘管整流電路設(shè)計(jì)最終結(jié)果的。五、小結(jié)對于一個(gè)電路的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該對它的理論知識很了解，這樣才能設(shè)計(jì)出性能好的電路。整流電路中，開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對整流電路的性能指標(biāo)影響很大。在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。當(dāng)然這次設(shè)計(jì)還有很多不足之處，例如對基礎(chǔ)知識了解不夠充分，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)很多不必要的麻煩，所以在以后的學(xué)習(xí)構(gòu)成中我會加倍學(xué)習(xí)相關(guān)知識，以彌補(bǔ)自己的不足。六、課程設(shè)計(jì)心得課程設(shè)計(jì)做了大概兩個(gè)星期吧，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．通過這次課程設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過這次課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次電機(jī)拖動設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了電機(jī)拖動等設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。七、參考文獻(xiàn)1、樊立萍，王忠慶.電力電子技術(shù).北京:北京大學(xué)出版社,20062、徐以榮，冷增祥.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).南京：東南大學(xué)出版社，19993、王兆安,黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20054、童詩白.模擬電子技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,20015、閻石.數(shù)字電子技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,19986、邱關(guān)源.電路.北京：高等教育出版社，19997、龔素文.電力電子技術(shù).北京：北京理工大學(xué)出版社，2009基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計(jì)基于MSP430單片機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)控制的電磁振動式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)的WDR-01型聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)測試儀的研制HYPERLINK"/detail.htm?3